JP5217608B2

JP5217608B2 - 光学素子の製造方法

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Publication number: JP5217608B2
Application number: JP2008124522A
Authority: JP
Inventors: 潔平岡
Original assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Current assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: JP2009276367A

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関し、特に、小型（例えば、３ｍｍ³以下であって、好ましくは１ｍｍ³以下）の光学素子の製造方法に関する。

従来から、光ピックアップや光通信などに光学素子が利用されている。図６は、光ピックアップ１００の一例を示す概略図である。光源１１０から出射されたレーザ光が光学素子１３０の光反射膜を備えた傾斜面１３０ａで反射し、ビームスプリッタ１２０の偏光分離膜１２０ａを透過した所定の偏光成分が、レンズ１４０を介して光ディスク１５０に導かれる。そして、光ディスク１５０からの反射光は、偏波面が回転した状態となって上記レーザ光とは逆方向に進行し、偏光分離膜１２０ａで反射され、受光素子１６０にて検出される。

このような光学素子１３０を効率的に製造する方法として、複数のガラス製平行平板を階段状に積層して積層体を形成し、切断、再積層を繰り返して小さな光学素子を得る方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００６−２２０７７４号公報

ところで、上記の光学素子は、光ピックアップの小型化の要求に伴い、ますます小型化が進んでおり、３ｍｍ³以下のものが必要となっており、１ｍｍ³以下のものも要求されつつある。ここで、特許文献１の方法で１ｍｍ³以下の光学素子を作製しようとすると、厚さ１．５ｍｍ程度以下の板を使用することになる。その場合、板厚が薄いため貼り合わせたときに撓みが生じ、そこから切り出した光学素子の面精度が悪くなる。また、積層時の仮接着の面積が小さいため切断のストレスに耐えられず、切断中に仮接着が剥がれ、加工が困難となる。

また、小さな光学素子面を研磨して蒸着などによって反射膜などの光学膜を成膜することは困難である。例えば、研磨時に保持する部分を十分にとることができなかったり、蒸着時にマスクしても所望の面以外に蒸着が回り込んでしまったりする。

本発明は、簡素な工程で高精度な小型の光学素子を作製できる光学素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、仮想面に垂直な第１〜第４面を有し、第１面と第２面が平行であり、第２面と第３面とのなす角がθであり、第４面が第１及び第２面に垂直であり、第３面が鏡面である光学素子の製造方法において、θの角をなす２つの面を有するプリズムの一方の面を加工基準面とし、他方の面が鏡面であり、前記加工基準面の反対側から前記加工基準面に平行な面まで研削して前記第１面を形成する第１工程と、前記加工基準面に垂直で、且つ前記２つの面で形成される稜線に平行な面で切断して前記第４面を形成する第２工程と、前記２つの面を含む切断片を、前記加工基準面及び前記第４面に垂直な面で所定間隔に切断して個々の光学素子を得る第３工程と、を備えたことを特徴とする。

上記の光学素子の製造方法は、前記光学素子の体積が３ｍｍ³以下である場合に特に有効な製造方法である。

また上記の光学素子の製造方法において、前記鏡面に予め光学膜が成膜されていることが望ましい。

また、前記第１工程において、前記第１面を鏡面加工してもよい。

また上記の光学素子の製造方法において、例えば、前記プリズムは、底角がθである二等辺三角形を底面とする三角柱であり、
前記加工基準面が、前記二等辺三角形の底辺を含む面であってもよい。

また上記の光学素子の製造方法において、例えば、前記プリズムは、底角がθである二等辺三角形を底面とする三角柱であり、前記第１工程前に、前記プリズムの稜線に平行で、且つ前記二等辺三角形の底辺を含む面に垂直な面で切断して２つの小プリズムを形成する第４工程を備え、前記加工基準面が、前記二等辺三角形の等しい２辺の一方を含む面であってもよい。

本発明によれば、所望の傾斜面と光学面を有する大きなプリズムから切り出すという簡素な工程で、従来加工困難であった小型の光学素子を作製することができる。厳しい面精度が要求される反射面は、大きなプリズムの状態で面精度が出ている側面を加工せずに利用するため、切り出し後も高精度な光学素子を得ることができる。

まず、本発明で最終的に得られる光学素子の形状について説明する。図１（ａ）は、本発明の光学素子１０の斜視図である。光学素子１０は、底面１０ａ、１０ｂが台形の直角柱であり、その側面は、台形（底面１０ａ、１０ｂ）の上底を含む面（第１面）１０ｃと、台形（底面１０ａ、１０ｂ）の下底を含む面（第２面）１０ｄと、第２面１０ｄとθ（０°＜θ＜９０°、例えばθ＝４５°）の角をなす第３面１０ｅと、第１面１０ｃ及び第２面１０ｄに垂直な第４面１０ｆとからなる。

そして、第３面１０ｅは、鏡面加工（研磨）された後、反射膜が成膜されている。この鏡面加工及び成膜は、切断前のプリズムの状態で施される。また、光学素子１０の使用形態に応じて第１面１０ｃ又は第２面１０ｄが鏡面加工されている場合もある。例えば、第１面１０ｃを鏡面加工したものは、ピックアップの組み立て時に、第１面１０ｃに吸盤を当てて移動させることができ、ピックアップへ組み付けることができる。さらに、鏡面加工により、第１面１０ｃと第３面１０ｅとで形成される稜線が鋭くなるので、ピックアップへの組み付け時にその稜線を画像検出すれば、はっきりと検出でき、高精度な位置決めに利用することができる。また例えば、第２面１０ｄを鏡面加工した場合も同様に、吸盤による移動、稜線の画像検出による高精度な位置決めができる。この鏡面加工は、後述するプリズムを研削した薄板の状態で施される。

なお、光学素子１０の底面１０ａ、１０ｂ同士は必ずしも平行でなくてもよい。その場合、第１〜第４面１０ｃ〜１０ｆは、ある仮想面に垂直となる。

図１（ｂ）は、本発明の他の形態の光学素子１１の斜視図である。光学素子１１は、光学素子１０の角θ部分を面取りして面１１ａを形成した五角柱である。光学素子１１の他の構成は光学素子１０と同様である。このような光学素子１１によれば、第２面１０ｄに接着剤を塗布して光ピックアップへ固定するような場合に、接着剤がはみ出したとしても面１１ａで止まり、光学有効面として重要な第３面１０ｅまで回り込むおそれがない。また、輸送時や組み立て時に角θ部分が欠けるおそれもない。

次に、以下の第１及び第２実施形態で使用するプリズム２０の形状について説明する。図２は、プリズム２０の斜視図である。プリズム２０は、底角がθである二等辺三角形を底面２０ａ、２０ｂとする直角柱であり、その側面は、二等辺三角形（底面２０、２０ｂ）の底辺を含む面２０ｃと、二等辺三角形（底面２０、２０ｂ）の等しい２辺の一方を含む面２０ｄと、二等辺三角形（底面２０、２０ｂ）の等しい２辺の他方を含む面２０ｅとからなる。なお、二等辺三角形（底面２０、２０ｂ）の等しい２辺の長さは、３〜５ｍｍであることが好ましい。

このようなプリズム２０は角材から切り出されるのであるが、その際の加工都合上、面２０ｄ、２０ｅよりも面２０ｃの方が面精度が高くなる。したがって、プリズム２０から個々の光学素子を切り出す際、高い面精度が要求される面に面２０ｃを利用することが望ましい。

〈第１実施形態〉
本実施形態では上記プリズム２０を用いて上記光学素子１０又は１１を得る。本実施形態で用いるプリズム２０は、予め、面２０ｄ、２０ｅを鏡面加工（研磨）した後、反射膜を成膜しておく。

次に、プリズム２０から個々の光学素子を切り出す方法について説明する。図３は、プリズム２０を加工台３０に載置した状態の正面図である。加工台３０の上面３０ａがプリズム２０の加工基準面を固定する面となる。プリズム２０の加工基準面を加工台３０ａの上面３０ａに押さえつけるようにしてクランプなどの固定手段（不図示）で固定すればよい。本実施形態におけるプリズム２０の加工基準面は面２０ｃとする。

図３（ａ）に示すように、プリズム２０を加工台３０に固定した後、まず、加工基準面（面２０ｃ）の反対側の稜線から加工基準面（面２０ｃ）に平行な所定位置の面Ａまで研削して薄板状にし、さらに、面Ａを鏡面加工（研磨）する（第１工程）。この面Ａが光学素子１０、１１の第１面１０ｃに相当する。なお、面Ａの鏡面加工は必ずしも必要ではない。

次に、図３（ｂ）に示すように、薄板２１を加工基準面（面２０ｃ）に垂直で、且つ面２０ｃ及び面２０ｄで形成される稜線に平行な面Ｂで切断する（第２工程）。この面Ｂが光学素子１０、１１の第４面１０ｆに相当する。これにより、面Ａ、面Ｂ、面２０ｃ、面２０ｄを含む棒状の切断片４０が得られる。

図４は、切断片４０の斜視図である。この切断片４０を、図４の一点鎖線で示すように、加工基準面（２０ｃ）及び面Ｂに垂直な面で所定間隔に切断する（第３工程）。これにより、個々の光学素子１０が得られる。

なお、図１（ｂ）の光学素子１１を作製する場合は、第３工程の前に、面２０ｃと面２０ｄとで形成される稜線を面取り（切断）して面１１ａを形成しておけばよい。

続いて、図３（ｂ）に示すように、薄板２１のもう一方の側も同様に加工する。つまり、加工基準面（２０ｃ）に垂直で、且つ面２０ｃ及び面２０ｅで形成される稜線に平行な面Ｃで切断する（第２工程）。この面Ｃが光学素子１０、１１の第４面１０ｆに相当する。これにより、面Ａ、面Ｃ、面２０ｃ、面２０ｅを含む棒状の切断片４１が得られる。

この切断片４１を、図４に準じ、加工基準面（２０ｃ）及び面Ｃに垂直な面で所定間隔に切断する（第３工程）。これにより、個々の光学素子１０が得られる。

なお、図１（ｂ）の光学素子１１を作製する場合は、第３工程の前に、面２０ｃと面２０ｅとで形成される稜線を面取り（切断）して面１１ａを形成しておけばよい。

このように、本実施形態によれば、加工基準面を変更することなく２つの切断片４０、４１を得ることができるので、加工工程の効率がよい。また、本実施形態の加工法によれば、光学素子１０、１１の反射膜が施された第３面１０ｅはプリズム２０の面２０ｄ、２０ｅを加工することなく利用しているので、小さな切断片４０、４１や光学素子１０、１１の状態になってから成膜する必要がない。また、光学素子１０、１１の第１面１０ｃに鏡面加工が必要な場合は、第１工程で得た薄板２１の状態で鏡面加工するので、小さな切断片４０、４１や光学素子１０、１１の状態になってから成膜する必要がない。したがって、簡素な工程で高精度な小型（例えば、３ｍｍ³以下であって、好ましくは１ｍｍ³以下）の光学素子１０、１１を作製することができる。

〈第２実施形態〉
本実施形態でも第１実施形態と同様に、上記プリズム２０を用いて上記光学素子１０又は１１を得る。第１実施形態と異なる点は、本実施形態で用いるプリズム２０は、予め、面２０ｃを鏡面加工（研磨）した後、反射膜を成膜しておく点である。

次に、プリズム２０から個々の光学素子を切り出す方法について説明する。図５（ａ）は、プリズム２０を加工台３０に載置した状態の正面図である。プリズム２０の面２０ｃを加工台３０ａの上面３０ａに押さえつけるようにしてクランプなどの固定手段（不図示）で固定すればよい。本実施形態におけるプリズム２０の加工基準面は、分割した後の面２０ｄ、２０ｅとする。

図５（ａ）に示すように、プリズム２０を加工台３０に固定した後、まず、プリズム２０の稜線に平行で、且つ二等辺三角形の底辺を含む面２０ｃに垂直な面Ｄで切断して２つの小プリズム２２、２３を形成する（第４工程）。

次に、図５（ｂ）に示すように、加工基準面を面２０ｄ、２０ｅとする。つまり、図５（ａ）の小プリズム２２を紙面に垂直な回転軸で右へ回転させて面２０ｄが加工台３０の上面３０ａに接するようにし、一方、小プリズム２３を紙面に垂直な回転軸で左へ回転させて面２０ｅが加工台３０の上面３０ａに接するようにする。

そして、小プリズム２２を加工基準面（面２０ｄ）の反対側の稜線から加工基準面（面２０ｄ）に平行な所定位置の面Ｅまで研削して薄板状にし、さらに、面Ｅを鏡面加工（研磨）する（第１工程）。この面Ｅが光学素子１０、１１の第１面１０ｃに相当する。なお、面Ｅの鏡面加工は必ずしも必要ではない。

次に、図５（ｃ）に示すように、薄板２４を加工基準面（面２０ｄ）に垂直で、且つ面２０ｃ及び面２０ｄで形成される稜線に平行な面Ｆで切断する（第２工程）。この面Ｆが光学素子１０、１１の第４面１０ｆに相当する。これにより、面Ｅ、面Ｆ、面２０ｃ、面２０ｄを含む棒状の切断片５０が得られる。

この切断片５０を、図４に準じ、加工基準面（２０ｄ）及び面Ｆに垂直な面で所定間隔に切断する（第３工程）。これにより、個々の光学素子１０が得られる。

続いて、図５（ｂ）に示すように、小プリズム２２を加工基準面（面２０ｅ）の反対側の稜線から加工基準面（面２０ｅ）に平行な所定位置の面Ｇまで研削して薄板状にし、さらに、面Ｇを鏡面加工（研磨）する（第１工程）。この面Ｇが光学素子１０、１１の第１面１０ｃに相当する。なお、面Ｇの鏡面加工は必ずしも必要ではない。

次に、図５（ｃ）に示すように、薄板２５を加工基準面（面２０ｅ）に垂直で、且つ面２０ｃ及び面２０ｅで形成される稜線に平行な面Ｈで切断する（第２工程）。この面Ｈが光学素子１０、１１の第４面１０ｆに相当する。これにより、面Ｇ、面Ｈ、面２０ｃ、面２０ｅを含む棒状の切断片５１が得られる。

この切断片５１を、図４に準じ、加工基準面（２０ｅ）及び面Ｈに垂直な面で所定間隔に切断する（第３工程）。これにより、個々の光学素子１０が得られる。

このように、本実施形態の加工法によれば、光学素子１０、１１の反射膜が施された第３面１０ｅはプリズム２０の面２０ｃを加工することなく利用しているので、小さな切断片５０、５１や光学素子１０、１１の状態になってから成膜する必要がない。また、高い面精度が要求される反射膜が施された第３面１０ｅとして、面２０ｄ、２０ｅよりも面精度の高い面２０ｃを利用している。また、光学素子１０、１１の第１面１０ｃに鏡面加工が必要な場合は、第１工程で得た薄板２４、２５の状態で鏡面加工するので、小さな切断片５０、５１や光学素子１０、１１の状態になってから成膜する必要がない。したがって、簡素な工程で高精度な小型（例えば、３ｍｍ³以下であって、好ましくは１ｍｍ³以下）の光学素子１０、１１を作製することができる。

なお、上記２つの実施形態では底面の底角がθである二等辺三角形のプリズム２０を用いたが、本発明で用いるプリズムとしては、底面の少なくとも１つの角がθである多角柱であればよい。その場合、θの角をなす２つの面の一方を加工基準面とすればよい。

また、上記２つの実施形態によって得られた図１（ｂ）の光学素子１１は、例えば、面１０ａと面１０ｃとの稜線が０．３ｍｍ、面１０ａと面１０ｄとの稜線が０．５ｍｍ、面１０ａと面１０ｆとの稜線が０．２５ｍｍ、面１０ａと面１１ａとの稜線が０．０５ｍｍ、面１０ｃと面１０ｆとの稜線が０．５ｍｍであり、体積が約０．０５ｍｍ³であった。そして、この光学素子１１は必要な精度で作製できた。

本発明の光学素子の製造方法は、光ピックアップなどに利用される四角柱の光学素子の製造に利用でき、特に、小型（例えば、３ｍｍ³以下であって、好ましくは１ｍｍ³以下）の光学素子の製造に有効なものである。

（ａ）本発明の光学素子の斜視図、（ｂ）本発明の他の形態の光学素子の斜視図である。第１及び第２実施形態で用いるプリズムの斜視図である。（ａ）第１実施形態でプリズムを加工台に載置した状態の正面図、（ｂ）図３（ａ）に続く工程を説明する図である。第１実施形態の切断片の斜視図である。（ａ）第２実施形態でプリズムを加工台に載置した状態の正面図、（ｂ）図５（ａ）に続く工程を説明する図、（ｃ）図５（ｂ）に続く工程を説明する図である。従来の光ピックアップの一例を示す概略図である。

符号の説明

１０光学素子
１０ｃ第１面
１０ｄ第２面
１０ｅ第３面
１０ｆ第４面
２０プリズム
２２、２３小プリズム
４０、４１、５０、５１切断片

Claims

仮想面に垂直な第１〜第４面を有し、第１面と第２面が平行であり、第２面と第３面とのなす角がθであり、第４面が第１及び第２面に垂直であり、第３面が鏡面である光学素子の製造方法において、
θの角をなす２つの面を有するプリズムの一方の面を加工基準面とし、他方の面が鏡面であり、
前記加工基準面の反対側から前記加工基準面に平行な面まで研削して前記第１面を形成する第１工程と、
前記加工基準面に垂直で、且つ前記２つの面で形成される稜線に平行な面で切断して前記第４面を形成する第２工程と、
前記２つの面を含む切断片を、前記加工基準面及び前記第４面に垂直な面で所定間隔に切断して個々の光学素子を得る第３工程と、を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
前記光学素子の体積が３ｍｍ³以下であることを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
前記鏡面に予め光学膜が成膜されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子の製造方法。
前記第１工程において、前記第１面を鏡面加工することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光学素子の製造方法。
前記プリズムは、底角がθである二等辺三角形を底面とする三角柱であり、
前記加工基準面が、前記二等辺三角形の底辺を含む面であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学素子の製造方法。
前記プリズムは、底角がθである二等辺三角形を底面とする三角柱であり、
前記第１工程前に、前記プリズムの稜線に平行で、且つ前記二等辺三角形の底辺を含む面に垂直な面で切断して２つの小プリズムを形成する第４工程を備え、
前記加工基準面が、前記二等辺三角形の等しい２辺の一方を含む面であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光学素子の製造方法。